Публикация научных статей.
Вход на сайт
E-mail:
Пароль:
Запомнить
Регистрация/
Забыли пароль?
Вакпрофи. Публикация статей ВАК, Scopus
Научные направления
Поделиться:
Статья опубликована в №52 (декабрь) 2017
Разделы: Техника
Размещена 13.11.2017. Последняя правка: 07.01.2018.

Потенциальная возможность использования двигателя постоянного тока на борту самолета

Косаринов Сергей Александрович

Уфимский государственный авиационный технический университет

студент

Научный руководитель: Хасанов Зимфир Махмутович, доктор технических наук, Уфимский государственный авиационный технический университет


Аннотация:
Рассмотрена проблема использования двигателя постоянного тока с его недостатками и предложена альтернатива в виде двигателя переменного тока.


Abstract:
The problem of using a DC motor with its disadvantages is considered, and an alternative is proposed in the form of an AC motor.


Ключевые слова:
двигатель постоянного тока; электропривод; асинхронный двигатель; характеристики двигателей.

Keywords:
DC motor; electric drive; squirrel-cage induction motor.


УДК 621.3-1/-8

Введение. В настоящее время на борту летательного аппарата используют двигатель постоянного тока: в частности для изменения положения закрылок. Многие инженеры пытаются найти альтернативу данному виду двигателя. В данной статье будет предложен пример замены машины постоянного тока на машину переменного.

Актуальность. Данная проблема является актуальной и останется таковой, так как уменьшение массы и габаритов основной электроники ,а следовательно возможность дополнительной загрузки снаряжения, топлива и т.д.  при практически неизменных характеристиках для авиации будет важным направлением для изучения.

Цель работы. Показать возможность использования и замены двигателя постоянного тока на асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором.

Задачи.

  1. Показать недостатки и преимущества двигателя постоянного тока и асинхронного двигателя.
  2. На основе используемой литературы продемонстрировать возможность замены машины постоянного тока на машину переменного.

Материалы и методы. Работа была проведена на основании изучения различных научных статей, учебников и пособий [1,2].

Научная новизна данной статьи заключается в предложении варианта  использования двигателя с уменьшением затрат на его производство.

Основная часть.

В разнообразных областях современной техники все большую роль играют автоматизированные и регулируемые электроприводы (ЭП), основу которых составляют разнообразные электрические двигатели (ЭД) постоянного и переменного тока.

Требования, предъявляемые к ЭД, входящим в состав современных АЭП, сводятся, в основном, к следующему:

1.      Хорошие пусковые и регулировочные характеристики.

2.      Отсутствие необходимости в обслуживании.

3.      Высокие удельные показатели, оцениваемые по развиваемому длительному моменту, отнесенному к массе двигателя .

Использование двигателей постоянного тока (ДПТ) на борту самолета имеет широкое применение, но не смотря на все плюсы (легкость управления; практически линейные механические и регулировочные характеристики; простота регулирования частоты вращения и обладание хорошими пусковыми свойствами), минусы все же, играют не последнюю роль. Такой недостаток, как малая надежность, а именно ограниченный срок службы  из-за износа коллектора и следовательно необходимость профилактического обслуживания коллекторно-щеточных узлов делает их использование на борту самолета весьма проблемными. Конечно, эти недостатки на современном этапе развития  ДПТ почти не ощутимы (например, вентильный двигатель), но в данной статье будет рассмотрен вариант его замены на асинхронный двигатель (АД) переменного тока.[3]

Двигатель переменного тока во многом выигрывает, по сравнению с ДПТ. Такие параметры как простота и надежность характеризуют данный тип двигателей с наилучшей стороны (удовлетворяет второе требование).  Благодаря этим параметрам АД нуждается в минимальном обслуживании, а при использовании без перегрузок-не нуждается вообще (замена подшипников и обмотки, но это присуще всем двигателям), имеют более низкую цену (по сравнению с ДПТ), и вдобавок-высокую степень защиты. Вследствие этого у машины переменного тока примерно в 1,5 раза больше ресурс, чем у машины постоянного тока. Так же сборка данного типа двигателя намного легче, по сравнению с ДПТ.

Серьезным недостатком машины переменного тока над машиной постоянного является неблагоприятный вид регулировочных характеристик, благоприятных с точки зрения регулирования частоты вращения и условий пуска [4].

Двигатели переменного тока не обладают видом механических и регулировочных характеристик, благоприятным с точки зрения регулирования частоты вращения и условий пуска. В этом они существенно уступают двигателям постоянного тока.

В качестве машины, с показателями максимально приближенными к необходимым, можно использовать асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором. Это простая, малая по габаритам и  не требующая обслуживания машина. Хоть регулировать частоту вращения в асинхронных двигателях и сложнее, по сравнению с двигателями постоянного тока, но с развитием полупроводниковой электроники, были созданы недорогие и малогабаритные  преобразователи частоты, с помощью которых удалось регулировать скорость вращения вала. В итоге,  механическая характеристика асинхронного двигателя почти аналогична характеристике машины постоянного тока (рисунок 1, рисунок 2, рисунок 3).[3]

Увеличение активного сопротивления обмотки ротора. 

Механическая характеристика асинхронного двигателя становится максимально приближенной к характеристике двигателя постоянного тока путем увеличения активного сопротивления обмотки якоря. Введение добавочного активного сопротивления увеличивает полное сопротивление роторной цепи, в результате чего уменьшается пусковой ток и увеличивается коэффициент мощности роторной цепи, вследствие чего увеличивается активная составляющая тока ротора и, следовательно, пусковой момент двигателя. Поэтому  кривая механической характеристики примет “падающий” вид.

Увеличить этот параметр возможно, если применить материал с повышенным удельным электрическим сопротивлением (константан), либо произвести какие-либо нестандартные конструктивные мероприятия. На рисунке 2 показано две кривые зависимости частоты от момента. Первая принадлежит варианту с маленьким активным сопротивлением ротора, а кривая два – большему сопротивлению.

В итоге пусковые свойства улучшаются, но возрастают потери в роторе и ухудшается тепловое состояние.

Частотное регулирование. 

Так же возможен вариант регулирования скорости АД с помощью изменения частоты вместе с напряжением, так называемое частотное регулирование. Как видно из формулы 1, изменяя  частоту питающего напряжения при неизменном количестве пар  полюсов возможно регулировать угловую скорость магнитного поля статора.

                                                                              n0=60f/P,                                                                                (1)

где   n0 – частота вращения магнитного поля,

        f – частота сеети,

        p – число пар полюсов.                                                                        

У данного варианта есть недостаток: в месте малых скоростей (на рисунке показан пунктирной линией) зависимость не линейна. Устранить этот недостаток можно путем ввода дополнительных датчиков обратной связи (ДОС) и процессоров в системе управления. С помощью ДОС собирается и обрабатывается информация о характеристиках рабочего органа.   Это введение усложняет конструкцию. Возможно введение “трансвектора”.

.

Механическая и регулировочная характеристики ДПТ

 Рисунок 1-Механическая и регулировочная характеристики ДПТ

Механическая характеристика АД

Рисунок 2 – Механические характеристики АД

Регулировочная характеристика АД

Рисунок 3 – Регулировочная характеристика АД

 Заключение. 

Рассмотрены основные плюсы и минусы двигателя постоянного и переменного тока. Экономические и технические (сборка, обслуживание, надежность) свойства АД с короткозамкнутым ротором лучше чем у ДПТ, поэтому рассмотрена возможность замены двигателя постоянного тока на двигатель переменного тока. Из-за различных характеристик (частоты вращения, начального момента и т.д.) ДПТ и АД предложены следующие способы максимально приблизить характеристики машин: использовать частотное регулирование, увеличить активное сопротивление обмотки ротора. Таким образом, замена двигателя постоянного тока на асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором теоретически возможно.

Библиографический список:

1. Гольдберг О.Д., Свириденко И.С. Проектирование электрических машин: Учебник. / Под ред. О.Д. Гольдберга. 3-е изд., перераб. – М.:Высш.шк., 2006, - 430с. 2. Грузков С.А. Электрооборудование летательных аппаратов. Уучеб. для вузов: В 2 т. Т.2 / Под ред. С. А. Грузкова. – М.:Типография "Новости",2005.– 525 с. 3. Основы электропривода [Электронный ресурс]// URL:http://mirznanii.com/a/321652/osnovy-elektroprivoda (Дата обращения: 12.11.17) 4. Электродвигатель постоянного тока.[Электронный ресурс] // URL:https://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/32555 (Дата обращения: 12.11.17)




Рецензии:

18.12.2017, 19:12 Лобанов Игорь Евгеньевич
Рецензия: Тема статьи актуальна. Автор предлагает вариант замены двигателя постоянного тока на переменный. В статье имеются недостатки. Нужно отметить, какой ресурс у данного двигетеля постоянного тока и насколько он ниже ресурса узла самолёта, но который он ставится. Относительно ресурса двигателя переменного тока следует сказать то же самое. В статье приведены характеристики только двигателя переменного тока и говорится, что она "почти аналогична" соответствующим характеристикам двигателя постоянного тока. Считаю, что нужно для сравнения привести и характеристити последнего. Где ссылка в статье на работу[1]? Автор пишет: "Работа была проведена на основании изучения различных научных статей, учебников и пособий..." Каких конкретно? нужно отразить в библиографии. Выводы нужно отделить в отдельный подзаголовок и дополнить (они слишком краткие). Заголовок статьи неудачен: предлагаю слово "проблема" заменить на "обоснование возможности" или "потенциальная возможность", или что-нибудь в этом роде. Статья может быть опубликована после исправления указанных недостатков.

22.12.2017 22:22 Ответ на рецензию автора Косаринов Сергей Александрович:
Спасибо за рецензию. Внес правки в соответствии с вашими требованиями.

5.01.2018, 13:41 Лобанов Игорь Евгеньевич
Рецензия: Выводы нужно написать отдельно от основного текста и они должны быть более подробными. В последнем случае статью можно будет окончательно рекомендовать к публикации.
05.01.2018 20:20 Ответ на рецензию автора Косаринов Сергей Александрович:
Выводы выделены в отдельные подпункты и дополнены.

7.01.2018, 1:41 Лобанов Игорь Евгеньевич
Рецензия: Я имел в виду, что выводы должны быть приведены в конце статьи и быть отделены от основного текста статьи в отдельный подзаголовок (например, как у вас в статье "Увеличение активного сопротивления обмотки ротора") -- "Основные выводы" или "Заключение" и т.п. Это нужно для того, чтобы читатель сразу мог узнать, что главное сделано в статье, а не искать это главное по всему тексту статьи. Посмотрите, как это делают другие авторы научных статей и сделайте подобным образом. После этой несложной доработки статью можно будет рекомендовать к публикации.
07.01.2018 15:15 Ответ на рецензию автора Косаринов Сергей Александрович:
Спасибо. Добавил заключение.

8.01.2018, 13:05 Лобанов Игорь Евгеньевич
Рецензия: Внесённые изменения позволяют рекомендовать статью к опубликованию.
08.01.2018 14:14 Ответ на рецензию автора Косаринов Сергей Александрович:
Спасибо



Комментарии пользователей:

Оставить комментарий


 
 

Вверх